阿卡波糖生產廢水的光催化降解工藝研究

楊光 顧忠偉 周宜栓 石初

摘要：在實驗室用溶膠-凝膠法合成一種復合光催化劑，以難生化降解的阿卡波糖廢水作為降解對象，研究經光催化降解后的廢水，對后續生化裝置的影響。

關鍵詞：阿卡波糖;光催化;厭氧;生化綜合

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）04-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.073

Abstract：A composite photocatalyst was synthesized by sol-gel method in the laboratory to study the effects of photocatalytic degradation of acarbose wastewater on subsequent biochemical devices.

Key words：Acarbose;Photocatalytic;Anaerobic;Biochemical synthesis

1 背景介紹

阿卡波糖用于糖尿病治療，通過抑制小腸的α葡萄糖苷酶，抑制食物的糖分解，使糖的吸收相應減緩，從而減少餐后高血糖，可以有效控制糖尿病[1]。阿卡波糖在提煉過程中會產生大量的廢水，COD濃度在8 000～10 000mg/L，這些廢水可生化性不高，特別是厭氧處理效率僅有50%，導致企業配套的污水處理系統投資成本過高。本文探討對阿卡波糖生產廢水降解工藝的改進。

圖1 阿卡波糖分子式C25H43NO18

在深度水處理技術中，二氧化鈦光催化降解技術是一種經濟、高效并已在實際工業中廣泛應用的技術。TiO2降解水中有機污染物的原理是在紫外光照射下，電子（e-）可從價帶激發到導帶，同時在價帶產生相應的空穴（h+），h+具有極強的反應活性，能與H2O分子反應生成·OH自由基，同時水中溶解的O2也能與e-反應生成超氧陰離子（·O2-）。·OH與·O2-具有極強的氧化性，能快速分解水中的有機污染物。

目前某藥企常規處理阿卡波糖生產廢水的處理工藝主要是厭氧+缺氧+兼氧+好氧，但是由于廢水中含有多種環狀碳鏈的難降解物質，導致厭氧處理效率僅有50%，所以考慮通過光催化先將這些環狀碳鏈打斷，降解為易生化降解的物質，再通過厭氧+缺氧+兼氧+好氧的生化工藝降解處理。

2 實驗

2.1 制備工藝

在常溫下，在69 mL 無水乙醇中滴加18mL 鈦酸四丁酯，再滴加二乙醇胺6 mL，磁力攪拌1.5h，再滴加10mL蒸餾水后繼續攪拌，再滴加乙酰丙酮，攪拌50min，得到TiO2黃色透明溶膠，再用噴涂法將溶膠固定于Si-Al-Ca-C 結構基體材料表面上，再在馬弗爐中700℃焙燒2h，得到納米鈦復合新型光催化劑[5]。

2.2 降解小試實驗

將某醫藥企業生產的阿卡波糖廢水放置于200L塑料桶內，將原水調pH≥9，用泵將1L/h原水打入光催化裝置內，停留時間2h，再泵入厭氧塔，停留時間2d，經4d的生化綜合（缺氧-兼氧-好氧）處理后排放。待小試系統連續運行穩定后，每24h對原水、光催化裝置出水處、厭氧塔出水處以及生化綜合出水處的COD與pH值進行檢測，連續進行5d的小試實驗。再做一個小試對比實驗，將光催化裝置取消后，依照上述實驗步驟重新做一遍。

3 實驗結果

企業現有污水站處理阿卡廢水，工藝為厭氧+生化綜合處理，作為小試對比實驗，各工藝出水COD值見表1，pH值見表2。增加光催化后，阿卡廢水經光催化+厭氧+生化綜合處理，各工藝出水COD值見表3，pH值見表4。這兩個對比實驗同步做。

（1）由表2可以看出，原水pH值9.5經厭氧后下降為6.7左右，主要是由于厭氧反應中有產酸階段，需要消耗原水中的堿，所以導致出水pH值下降較多。（2）由表4可以看出，原水pH值9.5經光催化先下降為9.3，再經厭氧下降為7.8左右，相比表2，pH值下降較少，主要是由于經光催化處理時，將部分COD直接氧化為CO2與H2O，減少了入口厭氧塔COD濃度，所以厭氧耗堿量也減少很多。在實際廢水處理中，降低堿液用量是控制物料成本的關鍵因素。（3）由表1可以看出，阿卡原水進厭氧塔處理，COD由8 736mg/L下降到3 558mg/L，COD去除效率為59.3%;經生化綜合處理后，COD由3 558mg/L下降到460mg/L，COD去除效率為87.1%。阿卡原水經厭氧與生化綜合的COD總處理效率約94.7%。（4）由表3可以看出，阿卡原水經光催化處理后，COD由8 736mg/L下降到5799mg/L，COD去除效率為33.6%;進厭氧塔處理，COD由5 799mg/L下降到631mg/L，COD去除效率為89.1%;經生化綜合處理后，COD由631mg/L下降到86mg/L，COD去除效率為86.4%。阿卡原水經光催化、厭氧與生化綜合的COD總處理效率約99%。

4 結論

（1）實驗結果表明，先經光催化后，厭氧塔處理效率從59.3%提高到89.1%，主要是由于光催化先將這些環狀碳鏈打斷，降解為易生化降解的小分子物質，再進入厭氧塔處理效率會有大幅提高。

（2）實驗完成后，對復合光催化劑進行烘干稱重，負載量變化不大，僅有少量損失。說明在700℃焙燒下，Si-Al-Ca-C 結構基體與TiO2的鍵合是牢固的，在實驗過程中，長時間曝氣攪拌也不會脫落。

參考文獻

[1]蘇勝偶，等.阿卡波糖治療在日常臨床工作中的有效性、安全性和被接受程度——對中國2型糖尿病患者的阿卡波糖上市后監測[J].中華內分泌代謝雜志，2006（6）：I0001-I0005.

[2]張海豐，張鵬宇，趙貴龍等.納米二氧化鈦的制備及其應用研究進展[J].東北電力大學學報，2014，2（34）：52-56.

[3]程年壽，陳君華.納米二氧化鈦光催化降解苯酚廢水[J].河南科技，2010（1）：93-94.

[4]王莉平，陳志紅，郭峰， et al.二氧化鈦光催化降解苯酚廢水溶液[J].應用化工，2011，40（1）：13-15.

[5]李佩悅.Si-Al-Ca-C 結構光催化材料制備及降解羥酸類捕收劑研究[D].武漢：武漢理工大學，2009.

收稿日期：2020-01-17

作者簡介：楊光（1985-），男，漢族，碩士，工程師，研究方向為環境工程技術。